新冠疫情的爆發(fā)使得人們對(duì)電子產(chǎn)品需求量巨增，從而對(duì)電池的使用壽命要求也越來越高。用電產(chǎn)品從智能手表到智能門鈴再到汽車和工廠中的傳感器，電池已經(jīng)無所不在。如何延長(zhǎng)電池的使用壽命顯得尤為重要。日前TI公司宣布推出一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，采用降壓/升壓轉(zhuǎn)換器與超級(jí)電容相搭配的方案，從芯片角度解決了電池超低功耗問題。采用新的方案，工程師可將低功耗工業(yè)應(yīng)用中的電池壽命延長(zhǎng)多達(dá)20% ，從而降低系統(tǒng)成本。

低靜態(tài)電流延長(zhǎng)電池壽命

以智能手表為例，我們都知道其大部分的時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，但即使在待機(jī)模式下，電池的壽命也會(huì)受損耗。另外，手表從出廠到消費(fèi)者手中這段時(shí)間被稱為貨架期，然而在貨架期內(nèi)電池同樣會(huì)有損耗。為此TI研發(fā)出創(chuàng)新的低靜態(tài)電流（低IQ）技術(shù)，其挑戰(zhàn)就是在不影響系統(tǒng)性能的情況下，延遲電池壽命和貨架期。據(jù)德州儀器（TI）升壓和升降壓產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理鄒鵬介紹，當(dāng)電路設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜時(shí)，工程師需要考慮到所有電路的功耗，甚至不放過漏電流，想要在待機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)高電池效率，就需要從電源解決方案入手，嚴(yán)格管理功率輸出，同時(shí)保持超低電流。

TI又是如何做到的呢？

那TI又是如何做到的呢？鄒鵬給出了答案。在電源管理方面，挑戰(zhàn)可能會(huì)是降低EMI、增加功率密度、降低噪聲或者是隔離技術(shù)，以及此文所提到的低功耗(低IQ)。對(duì)于電子產(chǎn)品來說MCU就是心臟，需要保持常開，即便是在待機(jī)模式下，也需要一個(gè)超低功耗常開型電源支持，TI工程師從以下三方面著力并研發(fā)出這項(xiàng)創(chuàng)新方案。一，持續(xù)改善工藝，TI在其強(qiáng)大的超低漏電工藝技術(shù)上持續(xù)開發(fā)新型的控制拓?fù)浼軜?gòu)電路，從而延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間；二，快速響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于電源尤其是DC-DC，快速響應(yīng)時(shí)間是很重要的一個(gè)指標(biāo)，TI利用快速喚醒比較器和IQ反饋控制，可在不影響低功耗性能的情況下，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)；三，減小尺寸。電路所想要實(shí)現(xiàn)的功耗越低，所需要的電路就會(huì)越多，從而導(dǎo)致芯片的尺寸或者是面積相對(duì)變大。TI利用較新的工藝，比如，TI電阻器和電容器的面積衰減技術(shù)，助力于空間受限的應(yīng)用，同時(shí)不影響整個(gè)靜態(tài)功耗。

TPS61094超級(jí)電容充放電一體化降壓升壓轉(zhuǎn)換器

超級(jí)電容大家都不陌生，在智能電表、智能煤氣表、智能水表上都比較常用，不僅可以當(dāng)作備用電源還可以緩沖大電流。當(dāng)超級(jí)電容以備用電源身份出現(xiàn)時(shí)，必須具備超低功耗，因?yàn)樵谥麟娫礇]電的情況下，超級(jí)電容需要維持系統(tǒng)持續(xù)工作。否則設(shè)計(jì)者就不得不選擇更大的超級(jí)電容的容量來彌補(bǔ)系統(tǒng)功耗的不足，從而增加系統(tǒng)成本。但超級(jí)電容的好處是它放電能力強(qiáng)，且價(jià)格相對(duì)鋰電池便宜。

TI 將超級(jí)電容充放電管理電路與超低的IQ功耗相結(jié)合，TPS61094是這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)物，非常適用于智能儀表、智能電表、煤氣表、水表，來支持較大的峰值負(fù)載，且可作為備用電源使用。

TPS61094有三大優(yōu)勢(shì)：

一、將電池壽命延長(zhǎng)高達(dá) 20%，在必須由一次性電池供電的應(yīng)用中，借助 60nA的低 IQ，可實(shí)現(xiàn) 10 年或以上的壽命。鄒鵬進(jìn)一步解釋說，通常方案采用一次性的鋰亞硫酰氯電池加上HLC電池電容器并聯(lián)。這是因?yàn)殇噥喠蝓Ｂ入姵剌敵瞿芰^弱，5mA甚至以下，如果用戶將輸出電容變?yōu)?0mA或者到20mA也不是不可以，但此時(shí)其壽命就會(huì)縮短。那如果系統(tǒng)需要更大的電流怎么辦？?jī)H憑電池本身已無法滿足了，這樣以往就會(huì)采用在設(shè)計(jì)時(shí)加一個(gè)HLC（電池電容器）器件作為一個(gè)緩沖。其工作原理是鋰亞硫酰氯先對(duì)HLC（電池電容器）進(jìn)行充電，需要放電的時(shí)候由HLC再給系統(tǒng)進(jìn)行放電。另一個(gè)問題又出現(xiàn)了，如果當(dāng)系統(tǒng)需要大負(fù)載的時(shí)候，尤其是北方低溫環(huán)境下，如NB-IoT通訊模塊需要抽取瞬間250mA的負(fù)載能力，HLC也無法供應(yīng)了，此時(shí)便會(huì)從電池來獲取電流，這一樣來會(huì)導(dǎo)致電池壽命變短。TPS61094的推出輕松解決以上問題。TPS61094搭載一個(gè)相對(duì)單價(jià)較低的超級(jí)電容進(jìn)行替代，不但系統(tǒng)成本降低了。同時(shí)，因?yàn)槌?jí)電容的放電能力比HLC要強(qiáng)，無需從電池取電，這樣一來電池壽命可以延長(zhǎng)20%。

二、與同類競(jìng)爭(zhēng)的升壓轉(zhuǎn)換器相比，升壓運(yùn)行中 2A 的電感峰值電流可將輸出電流翻倍。以流行的NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)模塊為例，其峰值電流可能會(huì)瞬間高達(dá)500mA，這種場(chǎng)景需要電源提供一個(gè)很高的負(fù)載峰值電流。TPS61094輸入的峰值電流可高達(dá)2A，可以很好的滿足這種場(chǎng)景的需求。

三、與以往分立方案相比，工程師可將元件數(shù)量減少多達(dá) 50% 并釋放布板空間。TPS61094在單個(gè)芯片中集成降壓充電器和升壓轉(zhuǎn)換器，省去分立式降壓充電器、電感器和兩個(gè)外部電容器。

LMR43620和LMR43620-Q1汽車級(jí)降壓轉(zhuǎn)換器

LMR43620和LMR43620-Q1，前者為商業(yè)級(jí)，后者為汽車級(jí)別。這兩款芯片非常適用于常開型電源低功耗應(yīng)用。例如有些車載設(shè)備在汽車不啟動(dòng)的時(shí)候處于待機(jī)狀態(tài)，但DC-DC需一直開啟。值得一提的是LMR43620 系列是業(yè)界非常先進(jìn)的寬輸入電壓降壓轉(zhuǎn)換器，目前為業(yè)界第一款。其在150攝氏度Tjmax的時(shí)候， IQ仍然可以小于3個(gè)μA，采用2×2的低電磁干擾的HotRod&(T詻奆B抔 筥?馴\a?g逕賬??c︺M藪躄弶N髕簐hq食?)?5=黈?le醹d:V紿^蒔{?!曗妠0?@a9y?敯?ㄨK疃浌?頞訒墣^)?琱逺?v鏢Kr紺0ジF脾孷:go?G鄰?.hど埴_镻?09暌}?S?XPO8482; WSON封裝，同時(shí)具有內(nèi)部補(bǔ)償功能。

另外一款LMR43620-Q1，可利用展頻技術(shù)、可配置的強(qiáng)制 PWM 模式和頻率外同步功能，實(shí)現(xiàn)低 EMI。并且適用于負(fù)載很寬的范圍，轉(zhuǎn)換器在 1mA時(shí)仍然可實(shí)現(xiàn) >85% 的效率。其實(shí)對(duì)于一款DC-DC產(chǎn)品來說，在重載的情況下實(shí)現(xiàn)高效率也并不難，但具挑戰(zhàn)性的是在整個(gè)范圍內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)很高的效率。比如，在1mA到2A之間，大部分DC-DC轉(zhuǎn)換器可能在1A或2A的時(shí)候效率可達(dá)85%-90%，但從區(qū)間來看，在1mA時(shí)，效率可能只有50%，甚至于40%、30%。LMR43620系列是一個(gè)超低功耗的產(chǎn)品，在1mA的時(shí)候仍然可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)85%的效率。

LM74720-Q1理想二極管系列產(chǎn)品

LM74720-Q1為低 IQ 汽車級(jí)理想二極管產(chǎn)品，適用于有超低功耗要求的常開型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；其開通時(shí)間短和快速關(guān)斷性能可實(shí)現(xiàn)反向電池保護(hù)；LM74720-Q1提供更小尺寸解決方案，且不降低系統(tǒng)整體保護(hù)水平。

智能汽車猶如一個(gè)移動(dòng)的辦公室。車載智能座艙、車載儀表、USB Type-C等功能越來越復(fù)雜，更多的智能產(chǎn)品需要連接到車內(nèi)，但典型的車載只有一個(gè)12伏電池，電子器件越多電能消耗就越大，降低功耗就尤為重要。這種情況很多負(fù)載都需要做電流反向保護(hù)。傳統(tǒng)做法是用戶在電路輸入級(jí)上加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二極管，再或者有的用戶采用P-FET，這兩種方案的弊端是要么效率低、要么成本高。為此TI 研發(fā)了LM74720理想二極管系列產(chǎn)品。

LM74720-Q1 提供業(yè)界先進(jìn)的滿足35μA最大值IQ指標(biāo)的產(chǎn)品，可以幫助設(shè)計(jì)人員滿足汽車應(yīng)用更高效、有限功耗預(yù)算的要求；LM74722-Q1，是率先面市的200KHz有源整流，可實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷的產(chǎn)品，從而確保超高級(jí)別的系統(tǒng)保護(hù)；另一款LM74721-Q1，具有集成VDS鉗位的3伏到65伏寬輸入電源電壓，可為12伏和24伏汽車類電池供電的電源控制單元，提供更小的設(shè)備解決方案。

德州儀器 （TI）升壓和升降壓產(chǎn)品線總經(jīng)理嚴(yán)紅輝表示，通過使用TI最新方案可幫助用戶來設(shè)計(jì)超低功耗的電源。此外TI還可提供全面的設(shè)計(jì)工具和培訓(xùn)文檔、白皮書、培訓(xùn)視頻等。